JOURNÉES OUVRAGES D ART

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1 LILLE - 16 ET 17 JUIN 2010

2 Thèmes abordés J. Berthellemy / Sétra 1. Information concernant les programmes de recherche européens Precobeam et Intab 2. Utilisation des éléments finis pour caractériser la sensibilité des dispositions constructives à l initiation de fissures de fatigue 3. Application aux semelles additionnelles 4. Cas du pont du Dancourt : projet de renforcement 5. Cas du pont des Cascades en Guyane : renforcement et estimation de sa capacité portante résiduelle Jacques BERTHELLEMY Page 2/60

3 PRÉCO et INTAB Poutre PRÉCO : Poutre préfabriquée mixte La membrure sup. en béton sert de coffrage Tablier intégré ( INTAB ) Jacques BERTHELLEMY Page 3/60

4 Suites de Precobeam 1. Essais de fatigue en cours à Wroclaw sur des poutres sur la base de la découpe en clothoïde du Sétra ( programme de recherche polonais MCL ) 2. Essais de fatigue en cours à Munich ( TUM ) sur la base de la découpe en clothoïde du Sétra ( programme de recherche de la DB pour la mise au point de ponts rails de secours ) Jacques BERTHELLEMY Page 4/60

5 Suites de Precobeam Découpe MCL définition Découpe MCL à partir de la clothoïde du Sétra Mise en oeuvre Jacques BERTHELLEMY Page 5/60

6 Suites de Precobeam Essais de Wroclaw ( Pologne ) mise en place de l instrumentation en mai 2010 Jacques BERTHELLEMY Page 6/60

7 Suites de Precobeam Essais de l Institut polytechnique de Wroclaw Jacques BERTHELLEMY Page 7/60

8 Cycle tests Cycle tests Suites de Precobeam Essais de Munich pour la DB ( Labo de la TUM ) Jacques BERTHELLEMY Page 8/60

9 Résultats INTAB Ponts intégrés en ossature mixte Extension de la portée des ponts cadres PIPO au nouveau domaine de 20 à 60 m Jacques BERTHELLEMY Page 9/60

10 Résultats INTAB Diverses dispositions constructives d about Ponts intégrés mixtes : encastrés sur leurs abouts Jacques BERTHELLEMY Page 10/60

11 Résultats INTAB Dispositions constructives d about pour ouvrages jusqu à 30 m ( poutrelles laminées Arcelor-Mittal ) Ponts intégrés mixtes : encastrés sur leurs abouts Jacques BERTHELLEMY Page 11/60

12 Résultats INTAB Principes de calcul pour le contrôle de la fissuration des abouts Ponts intégrés mixtes : encastrés sur leurs abouts Jacques BERTHELLEMY Page 12/60

13 Résultats INTAB Essais des conceptions en Laboratoire ( Université de Liège ) Ponts intégrés mixtes : encastrés sur leurs abouts Jacques BERTHELLEMY Page 13/60

14 Résultats INTAB Quelques exemples de dispositions pour les dalles de transition avec ou sans joints de chaussée Ponts intégrés mixtes : encastrés sur leurs abouts Jacques BERTHELLEMY Page 14/60

15 Résultats INTAB Exemple de déclinaison possible ( projet du Sétra ) Ponts intégrés mixtes : encastrés sur leurs abouts Jacques BERTHELLEMY Page 15/60

16 Résultats INTAB Exemple de déclinaison possible ( projet du Sétra ) Coupe de l option de base Ponts intégrés mixtes : encastrés sur leurs abouts Jacques BERTHELLEMY Page 16/60

17 Résultats INTAB - compétitivité économique - pas d appui central : réduction des risques en exploitation - poutres «préco» faciles à mettre en place à la grue : montage sûr - montage rapide ne nécessitant que quelques heures de coupure la nuit - pas de recoins : utilisation possible d acier autopatinable - esthétique Ponts intégrés mixtes : les avantages Jacques BERTHELLEMY Page 17/60

18 Résultats INTAB - compétitivité économique : une file de pieux par appui au lieu de deux pas d appareils d appui pas de joints de chaussée - meilleur profil hydraulique - réduction de risque de voir le pont emporté en cas de crue Ponts intégrés mixtes : les avantages Jacques BERTHELLEMY Page 18/60

19 Fatigue ponts en acier Objectif : Faciliter l inspection ciblée des ponts métalliques Étude Sétra de la fatigue, sous l effet de la seule charge longitudinale avec CODE_ASTER ( EDF R&D ) Étude de l initiation des fissures de fatigue par modèle E.F. - en tenant compte des variations de contraintes dues aux charges d exploitation - sans tenir compte des contraintes résiduelles ( qui influent sur la propagation ) Jacques BERTHELLEMY Page 19/60

20 Fatigue ponts en acier Dans cette étude, on demande à Aster de cumuler les endommagements, déterminé avec la courbe de Woehler représentant le matériau et sa découpe ( classe 125 ) à partir des variations du critère de von Mises La méthode de la goutte d eau est retenue pour le comptage Étude de la fatigue par modèle Jacques BERTHELLEMY Page 20/60

21 Fatigue ponts en acier Étude de la fatigue par modèle Cycle élémentaire retenu pour classer les différents détails Jacques BERTHELLEMY Page 21/60

22 Fatigue ponts en acier Règles de maillage RECOMMENDATIONS FOR FATIGUE DESIGN OF WELDED JOINTS AND COMPONENTS Étude de la fatigue par modèle Jacques BERTHELLEMY Page 22/60

23 Fatigue ponts en acier Délardage : classe 112 Cartographie des zones où chercher les fissures Jacques BERTHELLEMY Page 23/60

24 Fatigue ponts en acier Délardage : classe 112 Cartographie des zones où chercher les fissures Jacques BERTHELLEMY Page 24/60

25 Fatigue ponts en acier Montant avec l < 50 mm : classe 80 Jacques BERTHELLEMY Page 25/60

26 Fatigue ponts en acier Montant avec l < 50 mm : classe 80 Montant avec l > 100 mm : classe 56 Jacques BERTHELLEMY Page 26/60

27 Fatigue ponts en acier Montant avec l < 50 mm : classe 80 Montant avec l > 100 mm : classe 56 Membrure de pièce de pont sans gousset : classe 40 Jacques BERTHELLEMY Page 27/60

28 Fatigue ponts en acier Différentes formes de découpe ( projet européen Precobeam ) Étude de la fatigue par modèle Jacques BERTHELLEMY Page 28/60

29 Fatigue ponts en acier Bonne corrélation entre classements EC3 et résultats ASTER Classification vis-à-vis de l effet des σ longitudinales Étude de la fatigue σ Jacques BERTHELLEMY Page 29/60

30 Fatigue ponts en acier Si besoin, Code_Aster permet de traiter tout aussi facilement des cas de charge complexes, par exemple : Cumul d un tenseur de contraintes longitudinales ( moment fléchissant d ensemble ) et d un tenseur des effets de charges locales avec des nombres de cycles différents par unité de temps. Jacques BERTHELLEMY Page 30/60

31 Semelles additionnelles Vue schématique du modèle complet avec cordons de soudure La classe de fatigue est très mauvaise : à éviter Étude avec Code_Aster des semelles additionnelles Jacques BERTHELLEMY Page 31/60

32 Semelles additionnelles 50 MPa Contrainte principale Sg MPa La contrainte ( orange ) est une compression supérieure à celle en rouge Étude avec Code_Aster des semelles additionnelles Jacques BERTHELLEMY Page 32/60

33 Semelles additionnelles 50 MPa Contrainte principale Sg MPa Intérêt mécanique d un cordon frontal épais Étude avec Code_Aster des semelles additionnelles Jacques BERTHELLEMY Page 33/60

34 Semelles additionnelles Dans le cas des semelles comprimées, Contrainte principale Sg MPa une traction sg2 ( rouge ) apparaît à l intérieur ( cachée ) Étude avec Code_Aster des semelles additionnelles Jacques BERTHELLEMY Page 34/60

35 Semelles additionnelles Contrainte principale Sg MPa Intérêt mécanique d un cordon frontal épais Étude avec Code_Aster des semelles additionnelles Jacques BERTHELLEMY Page 35/60

36 Semelles additionnelles traction Contrainte principale Sg MPa Troisième contrainte principale des tenseurs Étude avec Code_Aster des semelles additionnelles Jacques BERTHELLEMY Page 36/60

37 Semelles additionnelles traction Contrainte principale Sg MPa Intérêt mécanique d un cordon frontal épais Étude avec Code_Aster des semelles additionnelles Jacques BERTHELLEMY Page 37/60

38 Semelles additionnelles En conclusion pour l instant : - À éviter si possible par la conception d un ouvrage qui ne nécessite pas de semelle additionnelle - Nécessité du délardage - Importance du cordon frontal renforcé - Découpe avant utile seulement si cordon frontal renforcé Étude avec Code_Aster des semelles additionnelles Jacques BERTHELLEMY Page 38/60

39 Pont du Dancourt Définir la zone où chercher des fissures, Définition de la zone à parachever ( refusion TIG + martelage ) Gousset du pont du Dancourt Jacques BERTHELLEMY Page 39/60

40 Pont du Dancourt Objectif : définir la classe pour permettre les calculs Gousset du pont du Dancourt ( cas r = 42 mm ) : classe 60 Cartographie des zones où chercher les fissures Jacques BERTHELLEMY Page 40/60

41 Pont du Dancourt Objectif : définir la classe pour permettre les calculs Gousset du pont du Dancourt ( cas r = 42 mm ) : classe 60 Cartographie des zones où chercher les fissures Jacques BERTHELLEMY Page 41/60

42 Pont du Dancourt Objectif : définir la classe pour permettre les calculs Gousset du pont du Dancourt ( cas r = 42 mm ) : classe 60 Cartographie des zones où chercher les fissures Jacques BERTHELLEMY Page 42/60

43 Pont des Cascades Pont limité à 12 tonnes Problème pour les autorités de Guyane : quelle est sa capacité réelle? Franchissement du Larivot en amont du pont coupé Jacques BERTHELLEMY Page 43/60

44 Pont des Cascades Nécessité de procéder à des épreuves de charge, avec des charges supérieures à celles qu on veut admettre. La limite de 19 tonnes correspond à deux essieux : facile à contrôler Par exemple avec une surveillance permanente de police : essai avec un camion de 19 t pour ouvrir à la circulation d un autocar de 12 tonnes seul dans la circulation de VL ( réalisé dès la première phase de renfort des contreventements ) essais avec un camion de 26 tonnes pour ouvrir au passage dans la circulation de VL des camions de 19 tonnes, un camion à la fois sur le pont ( possible après achèvement des renforts du contreventement ) essais avec deux camions de 19 tonnes pour ouvrir à la circulation libre des camions de 19 tonnes et au passage avec les VL de camions de 26 tonnes, un camion à la fois ( jugé trop risqué ) Risques de fissurations et d instabilité Jacques BERTHELLEMY Page 44/60

45 Pont des Cascades Le pont permet-il le passage du car de 14 tonnes? voire plus Larivot / Guyane Franchissement du Larivot en amont du pont coupé Jacques BERTHELLEMY Page 45/60

46 Pont des Cascades Pont ancien construit en 1965 Risque de fissuration Jacques BERTHELLEMY Page 46/60

47 Pont des Cascades Risque de fissures de fatigue cachées par les goussets Jacques BERTHELLEMY Page 47/60

48 Pont des Cascades Le risque de rupture fragile concerne tous les éléments en traction Membrures inférieures Diagonales tendues Goussets d attache des diagonales tendues Risque de fissures de fatigue cachées par les goussets Jacques BERTHELLEMY Page 48/60

49 Pont des Cascades Le risque d instabilité concerne tous les éléments en compression Étude Code_Aster vis-à-vis de l instabilité élastique Jacques BERTHELLEMY Page 49/60

50 Pont des Cascades Autre mode entraînant la ruine de l ouvrage Les modes qui ne sont pas évoqués ici sont des modes locaux qui affectent les contreventements sans ruiner le pont dans son ensemble Étude Code_Aster vis-à-vis de l instabilité élastique Jacques BERTHELLEMY Page 50/60

51 Pont des Cascades Principale difficulté : évaluer toutes les raideurs, y compris la raideur de torsion des «caissons» que forment les diagonales et les membrures Renforts ( traverses et contreventements additionnels ) diagonales et membrures : deux U assemblés par des barrettes. Étude vis-à-vis de l instabilité élastique Jacques BERTHELLEMY Page 51/60

52 Pont des Cascades Les modes locaux ne sont pas dangereux si tous les rivets d attache des barrettes sont en bon état Renforts ( traverses et contreventements additionnels ) Étude vis-à-vis de l instabilité élastique Jacques BERTHELLEMY Page 52/60

53 Pont des Cascades Les modes locaux ne sont pas dangereux si tous les rivets d attache des barrettes sont en bon état Renforts ( traverses et contreventements additionnels ) Ch. Critique > 10 x ( 19 t + P.Pr ) Mode de flambement Étude vis-à-vis de l instabilité élastique Jacques BERTHELLEMY Page 53/60

54 Pont des Cascades Les modes locaux ne sont pas dangereux si tous les rivets d attache des barrettes sont en bon état Renforts ( traverses et contreventements additionnels ) Ch. Critique > 20 x ( 19 t + P.Pr ) Mode de voilement Étude vis-à-vis de l instabilité élastique Jacques BERTHELLEMY Page 54/60

55 Pont du Larivot Pont entre Cayenne et Kourou 35 travées de 35 m Jacques BERTHELLEMY Page 55/60

56 Pont du Larivot Pièce d attache pour la mise en sécurité de la pile accidentée Trafic coupé Pièce étudiée Pieu rompu Premier quadripode construit Étude Code_Aster : modèle en coques Jacques BERTHELLEMY Page 56/60

57 Pont du Larivot Pièce d attache pour la mise en sécurité de la pile accidentée Oreille dans le plan A-A Étude Code_Aster : modèle en coques Jacques BERTHELLEMY Page 57/60

58 Pont du Larivot Conception initiale Étude Code_Aster : modèle en coques Jacques BERTHELLEMY Page 58/60

59 Pont du Larivot Contrainte fibre moyenne 204 MPa Étude Code_Aster : modèle en coques Jacques BERTHELLEMY Page 59/60

60 Pont du Larivot Contrainte fibre en surface 331 MPa Étude Code_Aster : modèle en coques Jacques BERTHELLEMY Page 60/60

61 Merci pour votre attention! Jacques BERTHELLEMY Page 61/60